DE102022105539A1 - Safety housing element for a battery intended for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsgehäuseelement (1), das dazu eingerichtet ist, einen Batteriezellraum (6) zumindest teilweise zu begrenzen. Es weist eine Öffnung (8) sowie eine fluidisch durchströmbare Gaskühleinrichtung (4) auf, die in oder an die Öffnung (8) gesetzt ist, derart, dass ein aufgrund eines thermischen Sonderereignisses (14) aus einer Batteriezelle (7) der Batterie (2) ausströmendes Heißgas (13), um aus dem Batteriezellraum (6) in eine Umgebung (16) der Batterie (2) zu strömen, zwangsläufig in Ausströmrichtung (15) durch die Gaskühleinrichtung (4) strömt und dadurch von einer Heißgasausgangstemperatur (Tx) auf eine vorgegebene Heißgasgrenztemperatur (T1, T2, T3, T4, Tu) unterhalb einer Heißgasselbstentzündungstemperatur gekühlt wird, wofür die Gaskühleinrichtung (4) eine Flammsperrscheibe (17) aufweist, deren Flammsperrscheibenmaterialkörper (18) entlang der Ausströmrichtung (15) von einer Flammsperröffnung (19) vollständig durchdrungen ist, die eine Querschnittsfläche aufweist, die flammsperrend bemessen ist.The invention relates to a safety housing element (1) which is designed to at least partially delimit a battery cell space (6). It has an opening (8) and a gas cooling device (4) through which fluid can flow, which is placed in or on the opening (8) in such a way that a battery cell (7) of the battery (2) is released due to a special thermal event (14). ) outflowing hot gas (13) in order to flow from the battery cell space (6) into an environment (16) of the battery (2), inevitably flows in the outflow direction (15) through the gas cooling device (4) and thereby rises from a hot gas outlet temperature (Tx). a predetermined hot gas limit temperature (T1, T2, T3, T4, Tu) is cooled below a hot gas self-ignition temperature, for which the gas cooling device (4) has a flame arrester disk (17), the flame arrester disk material body (18) of which runs along the outflow direction (15) from a flame arrester opening (19). is completely penetrated, which has a cross-sectional area that is designed to be flame retardant.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheitsgehäuseelement für eine Batterie, wobei die Batterie zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug eingerichtet ist. Bei der Batterie handelt es sich insbesondere um eine Traktionsbatterie für ein zumindest teilweise antreibbares bzw. fortbewegbares Kraftfahrzeug.The present invention relates to a safety housing element for a battery, the battery being adapted for use in a motor vehicle. The battery is in particular a traction battery for an at least partially drivable or movable motor vehicle.
Sobald eine Batteriezelle einer Batterie eines elektrisch antreibbaren bzw. fortbewegbaren Kraftfahrzeugs einer Fehlfunktion unterliegt oder beschädigt wird (etwa aufgrund eines Verkehrsunfalls des Kraftfahrzeugs) und dadurch überhitzt, insbesondere thermisch durchgeht, reißt eine üblicherweise als Sollrissstelle ausgebildete Entlüftungsöffnung der Batteriezelle, aus der ein Heißgas ausströmt, das eine Heißgasausgangstemperatur von 850 °C (Grad Celsius) und mehr sowie eine besonders hohe Strömungsgeschwindigkeit innehat. Bei Kontakt des Heißgases mit Luftsauerstoff entzündet es sich, da die Heißgasausgangstemperatur einer Selbstentzündungstemperatur des Heißgases entspricht oder höher als diese ist. Hierdurch entsteht eine Stichflamme, die letztendlich aus einem Gehäuse der Batterie, in welchem die Batteriezelle aufgenommen ist, herausschlägt. Den geringsten Strömungswiderstand findet die Stichflamme hierzu an Druckausgleichselementen des Batteriegehäuses, sodass sie durch die Druckausgleichselemente hindurch in eine Umgebung des Batteriegehäuses schlägt. Dort verursacht die Stichflamme weiteren Schaden und stellt zudem eine Gefahr für eventuelle Insassen des Kraftfahrzeugs dar. As soon as a battery cell of a battery of an electrically driven or movable motor vehicle malfunctions or is damaged (e.g. due to a traffic accident of the motor vehicle) and as a result overheats, in particular thermally runaway, a vent opening in the battery cell, usually designed as a predetermined crack point, from which a hot gas flows out, tears. which has a hot gas outlet temperature of 850 °C (degrees Celsius) and more as well as a particularly high flow velocity. When the hot gas comes into contact with atmospheric oxygen, it ignites because the hot gas outlet temperature corresponds to or is higher than a self-ignition temperature of the hot gas. This creates a flash of flame that ultimately emerges from a battery housing in which the battery cell is housed. The flash flame finds the lowest flow resistance at pressure compensation elements of the battery housing, so that it strikes through the pressure compensation elements into the surroundings of the battery housing. There, the flash flame causes further damage and also poses a danger to any occupants of the vehicle.
Die
In der
Durch die
Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Sicherheit einer Batterie weiter zu erhöhen.It is the object of the invention to further increase the safety of a battery.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart. Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen, die im Rahmen der Beschreibung für einen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche dargelegt sind, sind zumindest analog als Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen des jeweiligen Gegenstands der anderen unabhängigen Ansprüche sowie jeder möglichen Kombination der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche, gegebenenfalls in Verbindung mit einem oder mehr der Unteransprüche, anzusehen.This task is solved by the subject matter of the independent patent claims. Further possible embodiments of the invention are disclosed in the subclaims, the description and the figures. Features, advantages and possible configurations set out in the description for one of the subject matter of the independent claims are at least analogous to the features, advantages and possible embodiments of the respective subject matter of the other independent claims and any possible combination of the subject matter of the independent claims, if applicable in conjunction with one or more of the subclaims.
Erfindungsgemäß wird ein Sicherheitsgehäuseelement für eine Batterie vorgeschlagen. Bei der Batterie handelt es sich insbesondere um eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug. Die Batterie weist ein Batteriegehäuse auf, das einen Batteriezellraum einschließt bzw. begrenzt. Durch das Sicherheitsgehäuseelement ist das Batteriegehäuse zumindest teilweise bildbar, was bedeutet, dass das Sicherheitsgehäuseelement dazu eingerichtet ist, den Batteriezellraum zumindest teilweise zu begrenzen. Die Batterie weist im fertig bzw. einsatzbereit hergestellten Zustand das Sicherheitsgehäuseelement als Batteriegehäuse oder als Teil des Batteriegehäuses auf. Im fertig bzw. einsatzbereit hergestellten Zustand des Kraftfahrzeugs ist durch die Batterie, also durch das Batteriegehäuse und infolgedessen durch das Sicherheitsgehäuseelement, ein Bestandteil des Kraftfahrzeugs gebildet. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich insbesondere um einen Personen- und/oder Lastkraftwagen, um ein Kraftrad etc.According to the invention, a safety housing element for a battery is proposed. The battery is in particular a traction battery for a motor vehicle. The battery has a battery housing that encloses or delimits a battery cell space. The battery housing can be at least partially formed by the safety housing element, which means that the safety housing element is designed to at least partially limit the battery cell space. In the finished or ready-to-use state, the battery has the safety housing element as a battery housing or as part of the battery housing. When the motor vehicle is finished or ready for use, a component of the motor vehicle is formed by the battery, i.e. by the battery housing and consequently by the safety housing element. The motor vehicle is in particular a passenger car and/or truck, a motorcycle, etc.
Das Sicherheitsgehäuseelement weist eine Öffnung sowie eine fluidisch durchströmbare Gaskühleinrichtung auf, wobei die Gaskühleinrichtung in oder an die Öffnung gesetzt ist. Kommt es bei einer Batteriezelle der Batterie zu einem thermischen Sonderereignis, insbesondere zu einem thermischen Durchgehen, strömt aus der betroffenen Batteriezelle ein Heißgas aus und dadurch in den Batteriezellraum hinein. Der Batteriezellraum ist üblicherweise mit Luft gefüllt, sodass es dazu kommen kann, dass das bei dem thermischen Sonderereignis aus der Batteriezelle ausströmende Gas sich bei Kontakt mit Luftsauerstoff selbst entzündet, wenn es heißer als eine Heißgasselbstentzündungstemperatur ist. Alternativ oder zusätzlich könnte das Heißgas sich an einer durch das thermische Sonderereignis erzeugten Zündquelle (Funken, Brand etc. aufgrund einer weiteren beschädigten Batteriezelle etc.) im Batteriezellraum entzünden.The safety housing element has an opening and a gas cooling device through which fluid can flow, the gas cooling device being placed in or on the opening. If a special thermal event occurs in a battery cell of the battery, in particular a thermal runaway, hot gas flows out of the affected battery cell and thereby into the battery cell space. The battery cell space is usually filled with air, so that the gas flowing out of the battery cell during the special thermal event can self-ignite upon contact with atmospheric oxygen if it is hotter than a hot gas self-ignition temperature. Alternatively or additionally, the hot gas could ignite in the battery cell space from an ignition source generated by the special thermal event (spark, fire, etc. due to another damaged battery cell, etc.).
Um das bei einem solchen thermischen Sonderereignis in den Batteriezellraum strömende Heißgas, ohne unkontrolliertes Bersten und/oder Abbrennen des Batteriegehäuses und ohne eine in die Umgebung schlagende Stichflamme, in die Umgebung der Batterie bzw. des Batteriezellgehäuses zu entlassen, sind die Umgebung der Batterie und der Batteriezellraum mittels der Öffnung und der fluidisch dicht an die Öffnung angeschlossenen Gaskühleinrichtung fluidisch miteinander verbunden. Unter dem fluidisch dichten Anschluss der Gaskühleinrichtung ist hierin zu verstehen, dass die Gaskühleinrichtung derart in oder an die Öffnung gesetzt ist, dass das aus der Batteriezelle der Batterie ausströmende Heißgas - um aus dem Batteriezellraum in eine Umgebung der Batterie zu strömen - zwangsläufig in Ausströmrichtung durch die Gaskühleinrichtung strömt. Mit anderen Worten ist es dem Heißgas nicht möglich, zwischen der Öffnung und der Gaskühleinrichtung zu entweichen.In order to release the hot gas flowing into the battery cell space during such a thermal special event into the surroundings of the battery or the battery cell housing, without uncontrolled bursting and/or burning of the battery housing and without a flash of flame striking the surroundings, the surroundings of the battery and the Battery cell space is fluidly connected to one another by means of the opening and the gas cooling device which is fluidically connected to the opening. The fluidically tight connection of the gas cooling device is to be understood here as meaning that the gas cooling device is placed in or on the opening in such a way that the hot gas flowing out of the battery cell of the battery - in order to flow out of the battery cell space into an environment of the battery - inevitably flows through in the outflow direction the gas cooling device flows. In other words, the hot gas is not able to escape between the opening and the gas cooling device.
Das Sicherheitsgehäuseelement, insbesondere die Gaskühleinrichtung, weist eine Flammsperrscheibe oder mehrere Flammsperrscheiben auf, die in Ausströmrichtung hintereinander angeordnet sein können. Die (jeweilige) Flammsperrscheibe hat eine Flammsperröffnungsanordnung, die eine Flammsperröffnung oder mehr Flammsperröffnungen aufweist. Die Flammsperrscheibe ist von der Flammsperröffnungsanordnung, das heißt von der wenigstens einen Flammsperröffnung oder den mehreren Flammsperröffnungen, durchdrungen. Die jeweilige Flammsperröffnung ist insbesondere gerade ausgebildet und parallel zur Ausströmrichtung angeordnet, sodass das Heißgas im Falle des thermischen Sonderereignisses durch die Flammsperröffnungsanordnung, das heißt durch die Flammsperröffnung oder durch zumindest einige der Flammsperröffnungen, hindurchströmt.The safety housing element, in particular the gas cooling device, has a flame arrester disk or several flame arrester disks, which can be arranged one behind the other in the outflow direction. The (respective) flame arrester disk has a flame arrester opening arrangement which has one flame arrester opening or more flame arrester openings. The flame arrester disk is penetrated by the flame arrester opening arrangement, that is to say by the at least one flame arrester opening or the multiple flame arrester openings. The respective flame arrester opening is in particular straight and arranged parallel to the outflow direction, so that the hot gas flows through the flame arrester opening arrangement, that is through the flame arrester opening or through at least some of the flame arrester openings, in the event of the special thermal event.
Eine jeweilige Querschnittsfläche der jeweiligen Flammsperröffnungen ist dabei so bemessen, dass ein Hindurchtreten einer Flamme verhindert ist. Mit anderen Worten ist die Querschnittsfläche, beispielsweise eine kreisscheibenförmige Querschnittsfläche, der jeweiligen Flammsperröffnung flammsperrend bemessen. Hierunter ist zu verstehen, dass die Querschnittsfläche einen solchen Flächeninhalt hat, dass das Heißgas unter einem Eintreten in die jeweilige Flammsperröffnung zumindest auf eine bestimmte Strömungsgeschwindigkeit beschleunigt wird, die größer als eine Verbrennungs- bzw. Abbrandgeschwindigkeit des Heißgases ist. Die Verbrennungs- bzw. Abbrandgeschwindigkeit kann auch als Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeit bezeichnet werden. Insoweit hat das Heißgas vor dem Eintreten in die jeweilige Flammsperröffnung eine niedrigere Strömungsgeschwindigkeit, die geringer als die Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeit sein kann, sodass es dazu kommen kann, dass das Heißgas vor dem Eintreten in die jeweilige Flammsperröffnung brennt, also eine Flamme hat. Um aus dem Batteriezellraum auszuströmen, strömt das Heißgas in die jeweilige Flammsperröffnung ein, die im Vergleich mit dem Batteriezellraum ein kleines Durchströmungsvolumen aufweist. Unter dem Eintreten des Heißgases in die jeweilige Flammsperröffnung wird das Heißgas aufgrund des kleineren Durchströmungsvolumens gemäß strömungsmechanischen Gesetzmäßigkeiten (Kontinuitätsgesetze für Fluide, „Düseneffekt“, „Venturi-Effekt“) auf die bestimmte Strömungsgeschwindigkeit beschleunigt. Dadurch kann sich die eventuell vorhandene Flamme nicht weiter in Ausströmrichtung, das heißt nicht in die jeweilige Flammsperröffnung und nicht durch die jeweilige Flammsperröffnung hindurch fortpflanzen, sodass aus der Flammsperrscheibe bzw. aus der Flammsperröffnungsanordnung flammenloses Heißgas ausströmt.A respective cross-sectional area of the respective flame barrier openings is dimensioned such that a flame is prevented from passing through. In other words, the cross-sectional area, for example a circular disk-shaped cross-sectional area, of the respective flame arrester opening is designed to be flame-retardant. This is to be understood as meaning that the cross-sectional area has such an area that the hot gas is accelerated as it enters the respective flame arrester opening to at least a certain flow velocity which is greater than a combustion or burn-off velocity of the hot gas. The combustion or burning rate can also be referred to as the flame propagation rate. In this respect, the hot gas has a lower flow speed before entering the respective flame arrester opening, which can be lower than the flame propagation speed, so that it can happen that the hot gas burns before entering the respective flame arrester opening, i.e. has a flame. In order to flow out of the battery cell space, the hot gas flows into the respective flame arrester opening, which has a small flow volume compared to the battery cell space. When the hot gas enters the respective flame arrester opening, the hot gas is accelerated to the specific flow speed due to the smaller flow volume in accordance with fluid mechanics laws (continuity laws for fluids, “nozzle effect”, “Venturi effect”). As a result, any flame that may be present cannot propagate further in the outflow direction, that is, not into the respective flame arrester opening and not through the respective flame arrester opening, so that flameless hot gas flows out of the flame arrester disk or out of the flame arrester opening arrangement.
Indem das flammenlose Heißgas durch die Flammsperröffnungsanordnung bzw. die Flammsperröffnung(en), also durch die Flammsperrscheibe, hindurchströmt, streicht es zudem an einer jeweiligen Innenmantelfläche der jeweiligen Flammsperröffnung entlang, wodurch es entwärmt wird. Denn die Flammsperrscheibe ist aus einem Material gebildet, dass einen Wärmeübergang aus dem Heißgas in die Flammsperrscheibe, das heißt insbesondere in einen Flammsperrscheibenmaterialkörper, begünstigt. Somit weist die Flammsperrscheibe eine Doppelfunktionalität auf: Erstens fungiert die Flammsperrscheibe als Blockierelement für eine eventuell im Batteriezellraum vorhandene und durch das Heißgas gespeiste Flamme, und zweitens fungiert die Flammsperrscheibe als Wärmetauscherelement, mittels dessen das durch die Flammsperrscheibe strömende Heißgas entwärmt bzw. gekühlt wird. Im Falle des thermischen Sonderereignisses wird also das Heißgas mittels der Flammsperrscheibe von der Heißgasausgangstemperatur auf eine erste Heißgastemperatur abgekühlt. Dabei kann es sich bei der ersten Heißgastemperatur, die das Heißgas bei Austritt aus der Flammsperrscheibe innehat, bereits um eine Temperatur handeln, die geringer als die Heißgasselbstentzündungstemperatur ist. Mit anderen Worten kann die erste Heißgastemperatur der vorgegebenen Heißgasgrenztemperatur entsprechen oder kleiner als diese sein. Zum Beispiel ist die Flammsperrscheibe hierzu entlang der Ausströmrichtung entsprechend lang bzw. dick ausgebildet.As the flameless hot gas flows through the flame arrester opening arrangement or the flame arrester opening(s), i.e. through the flame arrester disk, it also passes along a respective inner surface of the respective flame arrester opening, whereby it is cooled. This is because the flame arrester disk is formed from a material that promotes heat transfer from the hot gas into the flame arrester disk, that is, in particular into a flame arrester disk material body. The flame arrester disk therefore has a dual functionality: Firstly, the flame arrester disk acts as a blocking element for a flame that may be present in the battery cell space and is fed by the hot gas, and secondly, the flame arrester disk acts as a heat exchanger element, by means of which the hot gas flowing through the flame arrester disk is warmed up or cooled. In the case of a special thermal event, the hot gas is blocked by means of the flame arrester disk cooled from the hot gas outlet temperature to a first hot gas temperature. The first hot gas temperature that the hot gas has when it exits the flame arrester disk can already be a temperature that is lower than the hot gas self-ignition temperature. In other words, the first hot gas temperature can correspond to or be smaller than the predetermined hot gas limit temperature. For example, the flame barrier disk is designed to be correspondingly long or thick along the outflow direction.
Die Gaskühleinrichtung ist somit dazu eingerichtet - das heißt ausgebildet und angeordnet -, das Heißgas, das im Falle des thermischen Sonderereignisses bzw. während des thermischen Sonderereignisses aus dem Batteriezellraum in die Umgebung strebt, von einer Heißgasausgangstemperatur, die das Heißgas bei Austritt aus der Batteriezelle innehat, auf eine vorgegebene Heißgasgrenztemperatur, die das Heißgas bei Austritt aus der Gaskühleinrichtung innehat, abzukühlen. Dabei ist die Heißgasgrenztemperatur geringer als die Heißgasselbstentzündungstemperatur. Zudem ist die Gaskühleinrichtung dazu eingerichtet, eine Heißgasflamme (falls das Heißgas im Batteriezellraum brennt) zu blockieren. Somit bietet das Sicherheitsgehäuseelement bei dem thermischen Sonderereignis Sicherheit vor
- a) in die Umgebung austretendem Heißgas, das sich aufgrund einer zu hohen Heißgastemperatur am Luftsauerstoff der Luft in der Umgebung zu einer Stichflamme entzündet, und vor
- b) einer aus dem Batteriezellraum in die Umgebung schlagenden Stichflamme.
- a) hot gas escaping into the environment, which ignites into a flash flame due to the atmospheric oxygen in the air in the environment due to the hot gas temperature being too high, and before
- b) a flash of flame emanating from the battery cell space into the surrounding area.
In weiterer Ausgestaltung weist das Sicherheitsgehäuseelement, insbesondere die Gaskühleinrichtung, eine Gaskühlscheibenanordnung auf, die der Flammsperrscheibe in Ausströmrichtung strömungstechnisch nachgelagert ist. Die Gaskühleinrichtung weist eine Gaskühlscheibe oder mehr Gaskühlscheiben auf. Die Gaskühlscheibenanordnung kann mehr als zwei solche Gaskühlscheiben umfassen. Die jeweilige Gaskühlscheibe hat eine Gaskühlöffnungsanordnung, die eine Gaskühlöffnung oder mehr Gaskühlöffnungen aufweist. Die Gaskühlscheibe ist von der Gaskühlöffnungsanordnung, das heißt von der wenigstens einen Gaskühlöffnung oder den mehreren Gaskühlöffnungen, durchdrungen. Die jeweilige Gaskühlöffnung ist insbesondere gerade ausgebildet und parallel zur Ausströmrichtung angeordnet, sodass das Heißgas im Falle des thermischen Sonderereignisses durch die Gaskühlöffnungsanordnung, das heißt durch die Gaskühlöffnung oder durch zumindest einige der Gaskühlöffnungen, hindurchströmt. Hierzu ist die Gaskühlscheibenanordnung der Flammsperrscheibe derart nachgelagert, dass das aus der Flammsperröffnung oder den Flammsperröffnungen - das heißt aus der Flammsperröffnungsanordnung bzw. aus der Flammsperrscheibe - ausströmende Heißgas zwangsläufig durch die Gaskühlöffnung oder -Öffnungen der Gaskühlscheibenanordnung, also durch die Gaskühlscheibe(n), hindurchströmt. Die Gaskühlscheibenanordnung bzw. eine erste Gaskühlscheibe derselben und die Flammsperrscheibe können hierzu zum Beispiel direkt aneinander anschließen. Indem das Heißgas durch die Gaskühlöffnungsanordnung, also durch die Gaskühlscheibenanordnung bzw. die Gaskühlscheibe(n), hindurchströmt, streicht es an einer jeweiligen Innenmantelfläche der jeweiligen Gaskühlöffnung der Gaskühlöffnungsanordnung entlang, wodurch es weiter entwärmt wird. Denn die Gaskühlscheibenanordnung, das heißt deren Gaskühlscheibe(n), ist/sind aus einem Material gebildet, dass einen Wärmeübergang aus dem Heißgas in die wenigstens eine Gaskühlscheibe, das heißt insbesondere in einen Gaskühlscheibenmaterialkörper, begünstigt. Mittels der Gaskühlscheibenanordnung wird also das Heißgas auf die Heißgasgrenztemperatur unterhalb der Heißgasselbstentzündungstemperatur gekühlt, wenn die erste Heißgastemperatur höher als die Heißgasselbstentzündungstemperatur oder gleich der Heißgasselbstentzündungstemperatur ist. Mittels der Gaskühlscheibenanordnung wird das Heißgas aber jedenfalls weiter gekühlt, sodass das Heißgas beim Austreten aus der Gaskühlscheibenanordnung, wodurch es in die Umgebung eintritt, eine noch niedrigere Temperatur als beim Austreten aus der Flammsperrscheibe aufweist.In a further embodiment, the safety housing element, in particular the gas cooling device, has a gas cooling disk arrangement which is fluidically downstream of the flame barrier disk in the outflow direction. The gas cooling device has one gas cooling disk or more gas cooling disks. The gas cooling disk arrangement can comprise more than two such gas cooling disks. The respective gas cooling disk has a gas cooling opening arrangement which has one gas cooling opening or more gas cooling openings. The gas cooling disk is penetrated by the gas cooling opening arrangement, that is to say by the at least one gas cooling opening or the multiple gas cooling openings. The respective gas cooling opening is in particular designed to be straight and arranged parallel to the outflow direction, so that the hot gas flows through the gas cooling opening arrangement, that is to say through the gas cooling opening or through at least some of the gas cooling openings, in the event of a special thermal event. For this purpose, the gas cooling disk arrangement is positioned downstream of the flame arrester disk in such a way that the hot gas flowing out of the flame arrester opening or openings - that is, from the flame arrester opening arrangement or out of the flame arrester disk - inevitably flows through the gas cooling opening or openings of the gas cooling disk arrangement, i.e. through the gas cooling disk(s). . For this purpose, the gas cooling disk arrangement or a first gas cooling disk thereof and the flame barrier disk can, for example, connect directly to one another. As the hot gas flows through the gas cooling opening arrangement, i.e. through the gas cooling disk arrangement or the gas cooling disk(s), it sweeps along a respective inner surface of the respective gas cooling opening of the gas cooling opening arrangement, whereby it is further cooled. This is because the gas cooling disk arrangement, that is to say its gas cooling disk(s), is/are formed from a material that promotes heat transfer from the hot gas into the at least one gas cooling disk, that is to say in particular into a gas cooling disk material body. By means of the gas cooling disk arrangement, the hot gas is cooled to the hot gas limit temperature below the hot gas self-ignition temperature if the first hot gas temperature is higher than the hot gas self-ignition temperature or equal to the hot gas self-ignition temperature. In any case, the hot gas is further cooled by means of the gas cooling disk arrangement, so that the hot gas has an even lower temperature when it emerges from the gas cooling disk arrangement, whereby it enters the environment, than when it exits the flame barrier disk.
Generell handelt es sich bei der jeweiligen Flammsperr- und/oder Gaskühlöffnung der entsprechenden Öffnungsanordnungen zum Beispiel um eine die Flammsperr- bzw. Gaskühlscheibe, also den entsprechenden Materialkörper durchdringende Bohrung. Es ist ferner denkbar, dass die jeweilige Öffnungsanordnung unter einem Urformen des entsprechenden Materialkörpers ausgebildet wird. Ebenso sind andere spanende und/oder spanlose Fertigungsverfahren zum Herstellen der Öffnungen denkbar, zum Beispiel Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden etc. Bei dem Material des jeweiligen Materialkörpers, also bei dem Material der jeweiligen Scheibe, handelt es sich um ein besonders effizient wärmeleitendes Material, insbesondere um ein Metall oder um eine Metalllegierung. Die Flammsperrscheibe und die wenigstens eine Gaskühlscheibe können aus dem gleichen Material oder aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein. Generell gilt für das Sicherheitsgehäuseelement weiter, dass die jeweilige Querschnittsfläche der jeweiligen Flammsperr- bzw. Gaskühlöffnung gemäß einem Kreis ausgebildet sein kann. Damit ist die jeweilige Flammsperr- bzw. Gaskühlöffnung gemäß einem geraden Hohlkreiszylinder ausgebildet. Diese Öffnungen können des Weiteren eine andersgeformte Querschnittsfläche aufweisen, etwa eine ovale, elliptische oder polygonale Querschnittsfläche und/oder eine Querschnittsfläche, die entlang ihrer Außenkontur ovale, elliptische und/oder polygonale Anteile aufweist. Somit kann es sich also bei einer oder mehr der Flammsperröffnungen und/oder bei einer oder mehr der Gaskühlöffnung zum Beispiel um einen Schlitz handeln. In general, the respective flame arrester and/or gas cooling opening of the corresponding opening arrangements is, for example, a flame arrester or gas cooling disk, i.e. hole penetrating the corresponding material body. It is also conceivable that the respective opening arrangement is formed by primary shaping of the corresponding material body. Other cutting and/or non-cutting manufacturing processes for producing the openings are also conceivable, for example laser cutting, water jet cutting, etc. The material of the respective material body, i.e. the material of the respective pane, is a particularly efficiently heat-conducting material, in particular a Metal or a metal alloy. The flame barrier disk and the at least one gas cooling disk can be formed from the same material or from different materials. In general, it also applies to the safety housing element that the respective cross-sectional area of the respective flame arrester or gas cooling opening can be designed according to a circle. The respective flame arrester or gas cooling opening is therefore designed according to a straight hollow circular cylinder. These openings can furthermore have a differently shaped cross-sectional area, such as an oval, elliptical or polygonal cross-sectional area and/or a cross-sectional area which has oval, elliptical and/or polygonal portions along its outer contour. Thus, one or more of the flame arrester openings and/or one or more of the gas cooling openings can be, for example, a slot.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform des Sicherheitsgehäuseelements ist ein Material oder eine Materialmischung der Flammsperrscheibe derart ausgebildet, dass sie bei Erhitzung durch das aus der Batteriezelle ausströmende Heißgas formstabil bleibt. Dadurch bleibt die Flammsperrfunktionalität der Flammsperrscheibe erhalten, selbst wenn das beim thermischen Sonderereignis im Batteriezellraum in Richtung hin zur Flammsperrscheibe strömende Heißgas auf die Flammsperrscheibe bzw. den Flammsperrscheibenmaterialkörper einwirkt, auch wenn das Heißgas bereits entzündet ist, das heißt eine Flamme hat. Aus internen Untersuchungen hat sich für die Flammsperrscheibe Kupfer als besonders vorteilhaft herausgestellt.In a further possible embodiment of the safety housing element, a material or a material mixture of the flame barrier disk is designed such that it remains dimensionally stable when heated by the hot gas flowing out of the battery cell. As a result, the flame arrester functionality of the flame arrester disk is retained, even if the hot gas flowing towards the flame arrester disk during a special thermal event in the battery cell space acts on the flame arrester disk or the flame arrester disk material body, even if the hot gas is already ignited, that is, has a flame. Internal studies have shown that copper is particularly advantageous for the flame arrester disc.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Gaskühlscheibenanordnung aus einem anderen Material als die Flammsperrscheibe hergestellt ist, wobei das Material der Gaskühlscheibenanordnung - also das Material der Gaskühlscheibe(n) - so ausgebildet ist, dass die (jeweilige) Gaskühlscheibe bei Erhitzung durch das aus der Flammsperrscheibe ausströmende Heißgas formstabil bleibt. Insofern muss das Material der Gaskühlscheiben keinen so hohen Widerstand gegen thermische Einflüsse haben wie das Material der Flammsperrscheibe. Demnach kommt für die (jeweilige) Gaskühlscheiben zum Beispiel Aluminium in Frage. So kann das Sicherheitsgehäuseelement mit besonders wenig Aufwand hergestellt werden. Zudem kann bei Auswahl eines besonders leichten Materials für die Gaskühlscheibe(n) die Gaskühleinrichtung besonders masseeffizient ausgebildet werden.In a further embodiment it is provided that the gas cooling disk arrangement is made of a different material than the flame barrier disk, wherein the material of the gas cooling disk arrangement - i.e. the material of the gas cooling disk (s) - is designed such that the (respective) gas cooling disk when heated by the Hot gas flowing out of the flame arrester disc remains dimensionally stable. In this respect, the material of the gas cooling disks does not have to have as high a resistance to thermal influences as the material of the flame barrier disk. Accordingly, aluminum, for example, comes into question for the (respective) gas cooling disks. The security housing element can thus be produced with particularly little effort. In addition, if a particularly light material is selected for the gas cooling disk(s), the gas cooling device can be designed to be particularly mass-efficient.
Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Sicherheitsgehäuseelements weist die Gaskühlscheibenanordnung eine erste Gaskühlscheibe und eine zweite Gaskühlscheibe auf. Dabei ist die zweite Gaskühlscheibe der ersten Gaskühlscheibe in Ausströmrichtung strömungstechnisch derart nachgelagert, dass das aus der Flammsperrscheibe bzw. aus den Flammsperröffnungen der Flammsperröffnungsanordnung mit der ersten Heißgastemperatur ausströmende Heißgas, um in die Umgebung der Batterie zu strömen, zwangsläufig zuerst durch eine oder mehr der Gaskühlöffnungen der ersten Gaskühlscheibe hindurchströmt, dadurch auf eine zweite Heißgastemperatur gekühlt wird und dann durch eine oder mehr der Gaskühlöffnungen der zweiten Gaskühlscheibe strömt, wodurch es auf eine dritte Heißgastemperatur gekühlt wird. Hierzu können die Gaskühlscheiben direkt aneinander anschließen bzw. angrenzen. Weist im Falle des thermischen Sonderereignisses das Heißgas bereits zwischen der Flammsperrscheibe und der ersten Gaskühlscheibe oder bereits zwischen der ersten Gaskühlscheibe und der zweiten Gaskühlscheibe, eine Temperatur auf, die geringer als die Heißgasselbstentzündungstemperatur ist, wird das Heißgas aufgrund des Durchströmens der in Ausströmrichtung fluidisch nachgeschalteten Gaskühlscheibe(n) sukzessive weiter abgekühlt. Zumindest bei der dritten Heißgastemperatur handelt es sich um eine Temperatur, die kleiner als die Heißgasselbstentzündungstemperatur ist. Mit anderen Worten hat das Heißgas spätestens beim Ausströmen aus der zweiten Gaskühlscheibe, also bei einem Einströmen in die Umgebung, eine Temperatur, die der vorgegebenen Heißgasgrenztemperatur entspricht oder kleiner als die Heißgasgrenztemperatur ist. Je nach Bedarf kann/können den hier beschriebenen Gaskühlscheiben eine weitere oder mehr weitere Gaskühlscheiben nachgeschaltet werden, um das Heißgas weiter zu kühlen. Dadurch weist das Heißgas beim Eintritt in die Umgebung, das heißt beim Austritt aus der Gaskühleinrichtung, insbesondere aus der zweiten Gaskühlscheibe, eine in vorteilhafter Weise besonders niedrige Temperatur auf.According to a further possible embodiment of the safety housing element, the gas cooling disk arrangement has a first gas cooling disk and a second gas cooling disk. The second gas cooling disk is fluidically downstream of the first gas cooling disk in the outflow direction in such a way that the hot gas flowing out of the flame barrier disk or from the flame arrester openings of the flame arrester opening arrangement at the first hot gas temperature, in order to flow into the environment of the battery, inevitably first passes through one or more of the gas cooling openings flows through the first gas cooling disk, thereby being cooled to a second hot gas temperature, and then flows through one or more of the gas cooling openings of the second gas cooling disk, thereby being cooled to a third hot gas temperature. For this purpose, the gas cooling disks can connect or border one another directly. If, in the case of the thermal special event, the hot gas already has a temperature between the flame barrier disk and the first gas cooling disk or between the first gas cooling disk and the second gas cooling disk, which is lower than the hot gas self-ignition temperature, the hot gas is due to the flow through the gas cooling disk fluidically connected downstream in the outflow direction (n) gradually cooled further. At least the third hot gas temperature is a temperature that is lower than the hot gas self-ignition temperature. In other words, at the latest when it flows out of the second gas cooling disk, i.e. when it flows into the environment, the hot gas has a temperature that corresponds to the predetermined hot gas limit temperature or is smaller than the hot gas limit temperature. Depending on requirements, another or more gas cooling disks can be connected downstream of the gas cooling disks described here in order to further cool the hot gas. As a result, the hot gas advantageously has a particularly low temperature when entering the environment, that is to say when exiting the gas cooling device, in particular from the second gas cooling disk.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung stehen die Querschnittsfläche (a1) bzw. deren Querschnittsflächeninhalt der jeweiligen Flammsperr- und/oder Gaskühlöffnung und eine Innenmantelfläche (a2) bzw. deren Innenmantelflächeninhalt derselben Öffnung miteinander in einem vorgegebenen mathematischen Zusammenhang, derart, dass die Innenmantelfläche groß genug ist, um das daran mit der durch die Querschnittsfläche vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit vorbeistreichende Heißgas von einer Heißgaseinströmtemperatur auf eine vorgegebene Heißgasausströmtemperatur zu kühlen. Die Heißgaseinströmtemperatur hat das Heißgas unter dem Einströmen bzw. vor dem Einströmen in die entsprechende der Flammsperr- oder Gaskühlscheiben inne, wobei das Heißgas unter dem Ausströmen nach dem Ausströmen aus der entsprechenden der Scheiben die Heißgasausströmtemperatur innehat. Der Querschnittsflächeninhalt und der Innenmantelflächeninhalt hängen also mittels einer vorgegebenen mathematischen Funktion zusammen:
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die den vorgegebenen Zusammenhang zwischen Querschnittsfläche (a1) und der Innenmantelfläche (a2) herstellende mathematische Funktion eine ganzrationale, insbesondere lineare Funktion, eine Potenzfunktion oder eine Exponentialfunktion ist.For example, it can be provided that the mathematical function establishing the predetermined relationship between the cross-sectional area (a 1 ) and the inner lateral surface (a 2 ) is a completely rational, in particular linear function, a power function or an exponential function.
Auf diese Weise wird eine besonders effiziente Kühlung bzw. Entwärmung des aufgrund des thermischen Sonderereignisses aus der Batteriezelle ausgestoßenen Heißgases gewährleistet, indem die zu erwartende Strömungsgeschwindigkeit, die das Heißgases in der entsprechenden Öffnung innehat, und eine Kühlungskontaktfläche - nämlich die Innenmantelfläche, an der das Heißgas in der entsprechenden Öffnung entlangstreicht - aneinander angepasst bzw. aufeinander abgestimmt sind. Es wird vermieden, dass ein Anteil des Heißgases, der unter dem Durchströmen der entsprechenden Öffnung nicht direkt in Berührung mit der Innenmantelfläche kommt, unzureichend gekühlt wird.In this way, a particularly efficient cooling or heat removal of the hot gas ejected from the battery cell due to the special thermal event is ensured by the expected flow speed that the hot gas has in the corresponding opening and a cooling contact surface - namely the inner surface on which the hot gas in the corresponding opening - are adapted to one another or coordinated with one another. This prevents a portion of the hot gas that does not come into direct contact with the inner surface as it flows through the corresponding opening from being insufficiently cooled.
Nach einer möglichen Weiterbildung weist das Sicherheitsgehäuseelement ein Kanalelement auf, das in oder an die Öffnung gesetzt ist. Das Kanalelement weist eine Innenmantelwand auf, welches einen Kanal begrenzt. Das Kanalelement kann ganz oder teilweise zum Beispiel durch einen Schlauch und/oder ein Rohr gebildet sein, dessen offene Enden über eine Kanal- bzw. Rohrlänge voneinander beabstandet sind. Das Kanalelement kann entlang seiner Kanallänge vollständig gerade ausgebildet sein oder wenigstens eine Kurve aufweisen. Es ist weiter vorgesehen, dass die Gaskühleinrichtung kraft-, form- und/oder stoffschlüssig in dem Kanal gehalten ist, sodass bei dem thermischen Sonderereignis das Heißgas - um in die Umgebung der Batterie bzw. des Batteriegehäuses zu strömen - durch das Kanalelement bzw. dessen Kanal und dabei zwangsläufig durch die in dem Kanal gehaltene/angeordnete Gaskühleinrichtung strömt. Das heißt, die Innenmantelwand und die Flammsperrscheibe sowie die Innenmantelwand und die Gaskühlscheibenanordnung sind jeweils fluidisch dicht aneinander befestigt, sodass ein Vorbeiströmen des Heißgases zwischen der Flammsperrscheibe bzw. der Gaskühlscheibenanordnung und der Innenmantelwand verhindert ist. Es ist denkbar, dass das Kanalelement ein Gehäusewandelement des Sicherheitsgehäuseelements durchdringt, sodass die freien Enden des Kanals bzw. Rohrs beiderseits des Gehäusewandelements von diesem hervorspringen. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Kanalelement lediglich außenseitig, also von einer Außenoberfläche des Gehäusewandelement in die Umgebung hervorspringt, wobei das dem Gehäusewandelement zugewandte der offenen Enden des Kanalelements und die Öffnung zusammenfallen. Insofern kann die Öffnung des Sicherheitsgehäuseelements durch das entsprechende offene Ende des Kanalelements gebildet sein.According to a possible further development, the security housing element has a channel element that is placed in or on the opening. The channel element has an inner jacket wall which delimits a channel. The channel element can be formed entirely or partially, for example, by a hose and/or a pipe, the open ends of which are spaced apart from one another over a channel or pipe length. The channel element can be completely straight along its channel length or have at least one curve. It is further provided that the gas cooling device is held in the channel in a force-fitting, form-fitting and/or material-locking manner, so that during the special thermal event the hot gas - in order to flow into the surroundings of the battery or the battery housing - through the channel element or its Channel and inevitably flows through the gas cooling device held/arranged in the channel. This means that the inner jacket wall and the flame barrier disk as well as the inner jacket wall and the gas cooling disk arrangement are each fastened to one another in a fluidly tight manner, so that the hot gas is prevented from flowing past between the flame barrier disk or the gas cooling disk arrangement and the inner jacket wall. It is conceivable that the channel element penetrates a housing wall element of the security housing element, so that the free ends of the channel or tube protrude from both sides of the housing wall element. In particular, it is provided that the channel element only protrudes into the environment on the outside, i.e. from an outer surface of the housing wall element, with the open ends of the channel element facing the housing wall element and the opening coinciding. In this respect, the opening of the safety housing element can be formed by the corresponding open end of the channel element.
Das bei dem thermischen Sonderereignis durch die Öffnung aus dem Batteriezellraum ausströmende und dadurch in den Kanal einströmende Heißgas kann mittels des Kanalelements an eine bevorzugte Austrittsstelle geleitet werden, indem das Kanalelement entsprechend lang und mit einer korrespondierenden Geometrie ausgebildet ist. Zudem ist durch das Kanalelement eine Halterung für die Gaskühleinrichtung geschaffen, wodurch diese besonders sicher fixiert ist.The hot gas flowing out of the battery cell space through the opening during the special thermal event and thereby flowing into the channel can be directed to a preferred exit point by means of the channel element, in that the channel element is designed to be correspondingly long and with a corresponding geometry. In addition, the channel element creates a holder for the gas cooling device, whereby it is particularly securely fixed.
In weiterer möglicher Ausführungsform weist das Sicherheitsgehäuseelement eine mit einer Kühlflüssigkeit befüllbare oder befüllte Kühlflüssigkeitskammer und eine fluidisch damit verbindbare oder verbundene Einlassvorrichtung auf. Diese umfasst ein Einlasselement oder mehr Einlasselemente, wobei das jeweilige Einlasselement durch die Innenmantelwand hindurch in den Kanal mündet und aus einer Sperrstellung in eine Einlassstellung verstellbar ist. Dabei ist die Sperrstellung dadurch charakterisiert, dass die Kühlflüssigkeitskammer und der Kanal mittels des Einlasselements oder der Einlasselemente fluidisch voneinander abgedichtet sind. Dahingegen ist die Einlassstellung dadurch charakterisiert, dass mittels des Einlasselements oder der Einlasselemente die Kühlflüssigkeitskammer und der Kanal fluidisch miteinander verbunden sind, sodass die Kühlflüssigkeit aus der Kühlflüssigkeitskammer in den Kanal einströmt. Hierdurch wird das durch den Kanal in die Umgebung der Batterie strömende Heißgas weiter gekühlt. Bei der Kühlflüssigkeit kann handelt es sich insbesondere um Wasser. Ein Einsatz einer anderen Kühlflüssigkeit ist ebenso denkbar.In a further possible embodiment, the safety housing element has a coolant chamber that can be filled or filled with a coolant and an inlet device that can be fluidly connected or connected thereto. This comprises an inlet element or more inlet elements, with the respective inlet element opening through the inner jacket wall into the channel and being adjustable from a blocking position to an inlet position. The blocking position is characterized in that the coolant chamber and the channel are fluidly sealed from one another by means of the inlet element or elements. In contrast, the inlet position is characterized in that the coolant chamber and the channel are fluidly connected to one another by means of the inlet element or inlet elements, so that the coolant flows from the coolant chamber into the channel. This further cools the hot gas flowing through the channel into the area around the battery. The coolant can be, in particular, water. Using a different coolant is also conceivable.
Eine Weiterbildung des Sicherheitsgehäuseelements sieht vor, dass dessen Kanalelement eine Außenmantelwand aufweist, die um die Innenmantelwand herum und von dieser beabstandet angeordnet ist, derart, dass zwischen den Mantelwänden des Kanalelements die Kühlflüssigkeitskammer gebildet ist, die die Innenmantelwand umschließt. So kann das Kanalelement zum Beispiel gemäß einem Hohlzylinder- oder Hohlprisma ausgebildet sein. Im fertig bzw. einsatzbereit hergestellten Zustand beherbergt die Kühlflüssigkeitskammer zwischen der Innenmantelwand und der Außenmantelwand einen Kühlflüssigkeitsmantel, insbesondere Wassermantel, wenn die Kühlflüssigkeitskammer entsprechend mit der Kühlflüssigkeit befüllt wurde. Auf diese Weise kann auf aufwändige Zuleitungselemente zwischen einem andernorts angeordneten Kühlflüssigkeitsreservoir und dem Einlasselement in vorteilhafter Weise verzichtet werden.A further development of the safety housing element provides that its channel element has an outer jacket wall which surrounds the inside The jacket wall is arranged around and at a distance from it, such that the coolant chamber is formed between the jacket walls of the channel element and encloses the inner jacket wall. For example, the channel element can be designed according to a hollow cylinder or hollow prism. In the finished or ready-to-use state, the coolant chamber accommodates a coolant jacket, in particular a water jacket, between the inner jacket wall and the outer jacket wall when the coolant chamber has been filled accordingly with the coolant. In this way, complex supply elements between a coolant reservoir arranged elsewhere and the inlet element can advantageously be dispensed with.
Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform des Sicherheitsgehäuseelements weist das Einlasselement der Einlassvorrichtung eine die Innenmantelwand durchdringende Durchgangsöffnung und ein Dichtungselement auf. In der Sperrstellung der Einlassvorrichtung dichtet das Dichtungselement die Durchgangsöffnung kraft- und/oder formschlüssig fluidisch ab, wohingegen in der Einlassstellung der Einlassvorrichtung mittels des Dichtungselements die Durchgangsöffnung für ein Durchströmen mit der Kühlflüssigkeit freigegeben ist. Dabei ist die Einlassvorrichtung so lang in ihrer Sperrstellung angeordnet, so lang eine Kühlflüssigkeitstemperatur in einem Normaltemperaturbereich liegt. Die Einlassvorrichtung ist aus der Sperrstellung in die Einlassstellung verstellbar, indem die in der Kühlflüssigkeitskammer angeordnete Kühlflüssigkeit mittels des aus Batteriezelle der Batterie ausströmenden Heißgases erhitzt wird. Das bedeutet, dass die Einlassvorrichtung aufgrund des thermischen Sonderereignisses in die Einlassstellung verstellt werden kann. Es hängt im Betrieb des Sicherheitsgehäuseelements bzw. der mit dem Sicherheitsgehäuseelement ausgestatten Batterie also kausal von einem Vorliegen des thermischen Sonderereignisses ab, ob mittels der Einlassvorrichtung die Kühlflüssigkeit in den Kanal eingelassen wird. Liegt das thermische Sonderereignis vor, kommt es aufgrund der Erhitzung der Kühlflüssigkeit gemäß thermodynamischen Gesetzmäßigkeiten dazu, dass das Dichtungselement, das beispielsweise als ein in oder aufseiten der Innenmantelwand an der Durchgangsöffnung sitzender Pfropfen ausgebildet ist, aus der Durchgangsöffnung und in den Kanal getrieben wird, wodurch die Kühlflüssigkeit infolgedessen in den Kanal einströmen kann. So ist es besonders einfach möglich, zur besonders effizienten Kühlung des Heißgases die Kühlflüssigkeit in den Kanal einzubringen.According to a further possible embodiment of the safety housing element, the inlet element of the inlet device has a through opening penetrating the inner jacket wall and a sealing element. In the blocking position of the inlet device, the sealing element seals the through-opening in a force-fitting and/or form-fitting fluid manner, whereas in the inlet position of the inlet device, the through-opening is opened for the cooling liquid to flow through by means of the sealing element. The inlet device is arranged in its blocking position for as long as a coolant temperature is in a normal temperature range. The inlet device can be adjusted from the blocking position to the inlet position by heating the coolant arranged in the coolant chamber using the hot gas flowing out of the battery cell of the battery. This means that the inlet device can be adjusted to the inlet position due to the special thermal event. During operation of the safety housing element or the battery equipped with the safety housing element, whether the coolant is admitted into the channel by means of the inlet device depends causally on the presence of the special thermal event. If the special thermal event occurs, due to the heating of the coolant in accordance with thermodynamic laws, the sealing element, which is designed, for example, as a plug sitting in or on the side of the inner jacket wall at the through-opening, is driven out of the through-opening and into the channel, whereby As a result, the coolant can flow into the channel. This makes it particularly easy to introduce the cooling liquid into the channel for particularly efficient cooling of the hot gas.
In Weiterbildung des Sicherheitsgehäuseelements weist das Dichtungselement ein Material auf, das seine Formstabilität bei einer Materialtemperatur verliert, die oberhalb des Normaltemperaturbereichs der Kühlflüssigkeit liegt. Beispielsweise ist das Material des Dichtungselementes, insbesondere dessen Dichtungselementmaterialkörpers, so ausgebildet und/oder ausgewählt, dass es einen Schmelzpunkt hat, der oberhalb des Normaltemperaturbereichs der Kühlflüssigkeit liegt. Bei dem Material des Dichtungselements kann es sich zum Beispiel um eine metallische, kunststoffliche und/oder wachsartige Substanz handeln, die pastös oder flüssig wird, sobald sie mittels der Kühlflüssigkeit und/oder mittels des Innenwandelements einer Temperatur ausgesetzt wird, die im Normalbetrieb der Batterie nicht auftritt, aber durch das thermische Sonderereignis auftritt. So ist eine besonders einfache und dennoch besonders zuverlässige Möglichkeit geschaffen, um die Kühlflüssigkeit bei dem thermischen Sonderereignis in den Kanal einzubringen.In a further development of the safety housing element, the sealing element has a material that loses its dimensional stability at a material temperature that is above the normal temperature range of the coolant. For example, the material of the sealing element, in particular its sealing element material body, is designed and/or selected such that it has a melting point that is above the normal temperature range of the coolant. The material of the sealing element can be, for example, a metallic, plastic and/or waxy substance that becomes pasty or liquid as soon as it is exposed to a temperature by means of the coolant and/or by means of the inner wall element that is not the case during normal operation of the battery occurs, but occurs due to the special thermal event. This creates a particularly simple and yet particularly reliable way to introduce the coolant into the channel during the special thermal event.
Um das Abkühlen des Heißgases noch weiter zu unterstützen, sind gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform die Flammsperrscheibe und die Gaskühlscheibenanordnung in dem Kanal entlang der Ausströmrichtung über eine erste Gaskühlkammer voneinander beabstandet, die einerseits durch die Flammsperrscheibe und andererseits durch die Gaskühlscheibenanordnung begrenzt ist und quer zur Ausströmrichtung durch die Innenmantelwand des Kanalelements begrenzt ist. Das bedeutet, dass im Fall des thermischen Sonderereignisses das Heißgas aus der Flammsperrscheibe ausströmt und infolgedessen zunächst in die erste Gaskühlkammer einströmt. Dort findet das Heißgas verglichen mit dem Volumen der Flammsperröffnungsanordnung ein größeres Volumen vor, sodass das Heißgas unter einem Einströmen in die erste Gaskühlkammer entspannt wird. Dies führt gemäß thermodynamischen Gesetzmäßigkeiten zu einer weiteren Abkühlung des Heißgases und dadurch zu einer besonders zuverlässigen Verhinderung einer Flammenbildung außerhalb des Batteriegehäuses bzw. stromab der Flammsperrscheibe.In order to further support the cooling of the hot gas, according to a further possible embodiment, the flame barrier disk and the gas cooling disk arrangement are spaced apart from one another in the channel along the outflow direction via a first gas cooling chamber, which is delimited on the one hand by the flame barrier disk and on the other hand by the gas cooling disk arrangement and transversely to the outflow direction is limited by the inner jacket wall of the channel element. This means that in the case of a special thermal event, the hot gas flows out of the flame arrester disk and, as a result, initially flows into the first gas cooling chamber. There the hot gas finds a larger volume compared to the volume of the flame arrester opening arrangement, so that the hot gas is expanded while flowing into the first gas cooling chamber. According to thermodynamic laws, this leads to further cooling of the hot gas and thereby to a particularly reliable prevention of flame formation outside the battery housing or downstream of the flame arrester disk.
Um das bei dem thermischen Sonderereignis in die Umgebung der Batterie strebende Heißgas in vorteilhafter Weise noch weiter abzukühlen, sieht eine weitere Ausgestaltung des Sicherheitsgehäuseelements vor, dass zwei entlang der Ausströmrichtung aufeinanderfolgende Gaskühlscheiben der Gaskühlscheibenanordnung - also zum Beispiel die erste Gaskühlscheibe und die zweite Gaskühlscheibe und/oder die zweite Gaskühlscheibe und die dritte Gaskühlscheibe - in dem Kanal entlang der Ausströmrichtung über eine (jeweilige) weitere Gaskühlkammer voneinander beabstandet sind, die entlang der Ausströmrichtung durch die aufeinanderfolgenden Gaskühlscheiben begrenzt ist und quer zur Ausströmrichtung durch die Innenmantelwand des Kanalelements begrenzt ist. Anders ausgedrückt: die Gaskühlscheibenanordnung weist die erste und wenigstens die zweite Gaskühlscheibe auf, wobei zwischen der ersten Gaskühlscheibe und der zweiten Gaskühlscheibe die weitere (beispielsweise eine zweite) Gaskühlkammer angeordnet ist. Sofern die Gaskühlscheibenanordnung noch eine weitere, etwa eine dritte Gaskühlscheibe aufweist, können die zweite und die dritte Gaskühlscheibe über noch eine weitere Gaskühlkammer, beispielsweise eine dritte Gaskühlkammer, voneinander beabstandet sein. Funktion und Vorteil(e) der weiteren Gaskühlkammer(n) entsprechen Funktion und Vorteil(en) der ersten Gaskühlkammer analog.In order to advantageously further cool the hot gas escaping into the surroundings of the battery during the special thermal event, a further embodiment of the safety housing element provides that two gas cooling disks of the gas cooling disk arrangement, which follow one another along the outflow direction - for example the first gas cooling disk and the second gas cooling disk and/or or the second gas cooling disk and the third gas cooling disk - are spaced apart from one another in the channel along the outflow direction via a (respective) further gas cooling chamber, which is delimited along the outflow direction by the successive gas cooling disks and is delimited transversely to the outflow direction by the inner jacket wall of the channel element. In other words: the gas cooling disk arrangement has the first and at least the second gas cooling disk, the further (for example a second) gas cooling chamber being arranged between the first gas cooling disk and the second gas cooling disk. If the gas cooling disk arrangement has a further, for example a third, gas cooling disk, the second and the third gas cooling disk can be spaced apart from one another via a further gas cooling chamber, for example a third gas cooling chamber. The function and advantage(s) of the further gas cooling chamber(s) correspond analogously to the function and advantage(s) of the first gas cooling chamber.
Gemäß einer möglichen Weiterbildung des Sicherheitsgehäuseelements mündet zumindest eines der Einlasselemente der Einlassvorrichtung direkt in die weitere Gaskühlkammer, das heißt zum Beispiel zwischen die erste Gaskühlscheibe und die zweite Gaskühlscheibe in die zweite Gaskühlkammer. Zudem kann vorgesehen sein, dass ein anderes/weiteres Einlasselement der Einlassvorrichtung direkt in eine andere, zum Beispiel in die dritte Gaskühlkammer mündet. Ferner ist nicht ausgeschlossen, dass ein weiteres/anderes Einlasselement direkt in die erste Gaskühlkammer, also zwischen die erste Gaskühlscheibe und die Flammsperrscheibe mündet. So ergibt sich ein besonders starker Kühlungseffekt, indem das Heißgas in der weiteren Gaskühlkammer (das heißt in der zweiten Gaskühlkammer und/oder in der dritten Gaskühlkammer) durch die Entspannung und gleichzeitig durch die in die weitere Gaskühlkammer einströmende Kühlflüssigkeit gekühlt wird.According to a possible development of the safety housing element, at least one of the inlet elements of the inlet device opens directly into the further gas cooling chamber, that is, for example between the first gas cooling disk and the second gas cooling disk into the second gas cooling chamber. In addition, it can be provided that another/further inlet element of the inlet device opens directly into another, for example into the third gas cooling chamber. Furthermore, it cannot be ruled out that a further/different inlet element opens directly into the first gas cooling chamber, i.e. between the first gas cooling disk and the flame arrester disk. This results in a particularly strong cooling effect in that the hot gas in the further gas cooling chamber (that is, in the second gas cooling chamber and/or in the third gas cooling chamber) is cooled by the expansion and at the same time by the cooling liquid flowing into the further gas cooling chamber.
Die Kühlflüssigkeitskammer kann einer weiteren möglichen Ausführungsform zufolge eine Kopplungseinrichtung aufweisen, wodurch die Kühlflüssigkeitskammer dazu eingerichtet ist, mit einem externen Kühlflüssigkeitskreislauf, insbesondere des Kraftfahrzeugs und/oder eines Batteriesystems, zu dem die Batterie gehört, fluidisch gekoppelt zu werden, sodass die Kühlflüssigkeitskammer mittels des externen Kühlflüssigkeitskreislaufs gespeist werden kann. Um zu vermeiden, dass bei einem Schaden des Kühlflüssigkeitskreislaufs, etwa durch einen Unfall, die Kühlflüssigkeit aus der Kühlflüssigkeitskammer ausströmt, bevor diese in den Kanal eingebracht werden konnte, kann die Kopplungseinrichtung ein Rückschlagventilelement aufweisen, durch welches ein Strömen der Kühlflüssigkeit in die Kühlflüssigkeitskammer hinein freigegeben ist, ein Strömen der Kühlflüssigkeit aus der Kühlflüssigkeitskammer heraus aber gesperrt ist. So lässt sich die Kühlflüssigkeitskammer besonders effizient mit Kühlflüssigkeit versorgen. Ein Warten der Kühlflüssigkeit bzw. der Kühlflüssigkeitskammer ist so besonders einfach ermöglicht.According to a further possible embodiment, the coolant chamber can have a coupling device, whereby the coolant chamber is set up to be fluidically coupled to an external coolant circuit, in particular of the motor vehicle and/or a battery system to which the battery belongs, so that the coolant chamber can be connected by means of the external Coolant circuit can be fed. In order to avoid that in the event of damage to the coolant circuit, for example due to an accident, the coolant flows out of the coolant chamber before it can be introduced into the channel, the coupling device can have a check valve element, through which the coolant can flow into the coolant chamber is, but flow of the coolant out of the coolant chamber is blocked. This means that the coolant chamber can be supplied with coolant particularly efficiently. This makes servicing the coolant or the coolant chamber particularly easy.
Die Kühlflüssigkeitskammer kann - in einer alternativen Ausgestaltung - im fertig hergestellten Zustand abgesehen von der Einlassvorrichtung allseits fluiddicht ausgebildet und mit der Kühlflüssigkeit befüllt sein. Das bedeutet, dass die Kühlflüssigkeitskammer dann wartungsfrei ist und auf einen Austausch oder auf eine Neubefüllung der Kühlflüssigkeitskammer mit Kühlflüssigkeit verzichtet wird.The coolant chamber can - in an alternative embodiment - be designed to be fluid-tight on all sides in the finished manufactured state, apart from the inlet device, and filled with the coolant. This means that the coolant chamber is then maintenance-free and there is no need to replace or refill the coolant chamber with coolant.
Wie aus der Beschreibung bis hierher hervorgegangen ist, ist die Gaskühleinrichtung von einem Fluid durchströmbar. Das bedeutet, dass die Gaskühleinrichtung nicht nur im Falle des thermischen Sonderereignisses von dem Heißgas durchströmbar ist, sondern auch im Normalbetrieb. Damit kann die Gaskühleinrichtung im Zusammenspiel mit herkömmlichen Druckausgleichsvorrichtungen eingesetzt werden, die zum Druckausgleich zwischen der Umgebung der Batterie und dem Batteriezellraum vorgesehen sind, wobei eine Funktionalität des herkömmlichen Druckausgleichselements und eine Funktionalität der Gaskühleinrichtung einander nicht beeinflussen. Alternativ ist in einer weiteren möglichen Ausführungsform vorgesehen, das Sicherheitsgehäuseelement als ein Druckausgleichselement für die Batterie einzusetzen. Insbesondere kann das Sicherheitsgehäuseelement anstatt herkömmlicher Druckausgleichselemente eingesetzt werden, wodurch das Sicherheitsgehäuseelement, insbesondere die Gaskühleinrichtung, besonders vielseitig bzw. flexibel und multifunktional eingesetzt werden kann. Dadurch ist ein Batteriegehäuse mit besonders wenigen unterschiedlichen Komponenten ermöglicht, wodurch das Batteriegehäuse ökonomisch und ökologisch besonders günstig hergestellt werden kann. Dieser Vorteil pflanzt sich auf die Batterie selbst sowie auf das mit der Batterie ausgerüstete Kraftfahrzeug fort.As has emerged from the description up to this point, a fluid can flow through the gas cooling device. This means that hot gas can flow through the gas cooling device not only in the event of a special thermal event, but also during normal operation. The gas cooling device can thus be used in conjunction with conventional pressure compensation devices which are provided for pressure compensation between the surroundings of the battery and the battery cell space, with a functionality of the conventional pressure compensation element and a functionality of the gas cooling device not influencing each other. Alternatively, in a further possible embodiment it is provided to use the safety housing element as a pressure compensation element for the battery. In particular, the safety housing element can be used instead of conventional pressure compensation elements, whereby the safety housing element, in particular the gas cooling device, can be used in a particularly versatile or flexible and multifunctional manner. This makes it possible to have a battery housing with a particularly few different components, which means that the battery housing can be manufactured particularly economically and ecologically. This advantage is passed on to the battery itself and to the motor vehicle equipped with the battery.
Erfindungsgemäß wird weiter eine Batterie vorgeschlagen, deren Batteriegehäuse ein gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildetes Sicherheitsgehäuseelement aufweist.According to the invention, a battery is further proposed whose battery housing has a safety housing element designed according to the above description.
Ebenfalls erfindungsgemäß wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, das eine gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildete Batterie aufweist.Also according to the invention, a motor vehicle is proposed which has a battery designed in accordance with the above description.
Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further features of the invention can emerge from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features shown below in the description of the figures and/or in the figures alone can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without the scope of the invention to leave.
Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine perspektivische Schnittansicht einer Batterie für ein Kraftfahrzeug, wobei die Batterie ein Sicherheitsgehäuseelement mit einer Gaskühleinrichtung aufweist; -
2 eine schematische und geschnittene Detailansicht eines Bereichs A, der in1 markiert ist; -
3 eine perspektivische und teilweise Ansicht der Batterie, deren Sicherheitsgehäuseelement mehrere Gaskühleinrichtungen aufweist; -
4 eine Ansicht eines Kraftfahrzeugs, das mit der Batterie (schematisch dargestellt) ausgerüstet ist; und -
5 mögliche Ausführungsformen einer Flammsperrscheibe bzw. Gaskühlscheibe in einer jeweiligen Draufsicht, wobei je nach Ausführungsform Flammsperröffnungen bzw. Gaskühlöffnungen unterschiedlich ausgebildet sind.
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1 a perspective sectional view of a battery for a motor vehicle, the battery having a safety housing element with a gas cooling device; -
2 a schematic and sectioned detailed view of an area A, which is in1 is marked; -
3 a perspective and partial view of the battery, the safety housing element of which has a plurality of gas cooling devices; -
4 a view of a motor vehicle equipped with the battery (shown schematically); and -
5 possible embodiments of a flame barrier disk or gas cooling disk in a respective top view, with flame barrier openings or gas cooling openings being designed differently depending on the embodiment.
Im Folgenden werden ein Sicherheitsgehäuseelement 1, eine beispielhaft als Traktionsbatterie ausgebildete Batterie 2 sowie ein Kraftfahrzeug 3 in gemeinsamer Beschreibung dargelegt. Dabei sind in den Figuren gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.A safety housing element 1, a
Vorliegend fungiert bei der Batterie 2 das Sicherheitsgehäuseelement 1 als ein Druckausgleichselement, sodass eine Funktionalität eines herkömmlichen Druckausgleichselements durch das Sicherheitsgehäuseelement 1, insbesondere durch dessen Gaskühleinrichtung 4, übernommen wird. Daher wird bei der vorliegenden Batterie 2 auf ein weiteres herkömmliches Druckausgleichselement verzichtet. Anders ausgedrückt: die Batterie 2 ist im vorliegenden Beispiel frei von herkömmlichen Druckausgleichselementen ausgebildet, da an die Stelle des herkömmlichen Druckausgleichselements oder der herkömmlichen Druckausgleichselemente ein Sicherheitsgehäuseelement 1 oder mehr Sicherheitsgehäuseelemente 1 treten. Dementsprechend gilt für einen Normalbetrieb der Batterie 2 - das heißt, so lange das thermische Sonderereignis 14 nicht vorliegt -, dass ein Druckausgleich zwischen der Umgebung 16 der Batterie 2 und dem Batteriezellraum 6 mittels des Sicherheitsgehäuseelements 1 geschaffen wird.In the present case, in the
Die Gaskühleinrichtung 4 weist eine Flammsperrscheibe 17 auf, deren Flammsperrscheibenmaterialkörper 18 parallel zur Ausströmrichtung 15 von einer eine Vielzahl von geraden Flammsperröffnungen 19 aufweisenden Flammsperröffnungsanordnung 20 vollständig durchdrungen ist. Indem die jeweilige Querschnittsfläche a1 der Flammsperröffnungen 19 so bemessen ist, dass eine Flamme nicht hindurchtreten kann, wirkt die Flammsperrscheibe 17 bei dem thermischen Sonderereignis zumindest flammhemmend. Zudem wird das Heißgas 13, indem es durch die Flammsperrscheibe 17, das heißt durch die Flammsperröffnungsanordnung 20 hindurchströmt von der Heißgasausgangstemperatur Tx auf eine erste Heißgastemperatur T1 abgekühlt.The
Zum Blockieren bzw. Sperren der beim thermischen Sonderereignis 14 auftretenden Flamme des Heißgases 13, sodass diese nicht aus dem Batteriezellraum 6 austritt, ist die Querschnittsfläche a1, die vorliegend die Form einer Kreisscheibe hat, der jeweiligen Flammsperröffnung 19 flammsperrend bemessen. Hierunter ist zu verstehen, dass die Querschnittsfläche a1 einen so großen bzw. so kleinen Flächeninhalt hat, dass das Heißgas 13 unter einem Eintreten in die jeweilige Flammsperröffnung 19 zumindest auf eine bestimmte Strömungsgeschwindigkeit beschleunigt wird, die größer als eine Verbrennungs- bzw. Abbrandgeschwindigkeit des Heißgases 13 ist. Die Verbrennungs- bzw. Abbrandgeschwindigkeit kann auch als Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeit bezeichnet werden. Insoweit hat das Heißgas 13 vor dem Eintreten in die jeweilige Flammsperröffnung 19 eine niedrigere Strömungsgeschwindigkeit, die geringer als die Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeit sein kann, sodass es dazu kommen kann, dass das Heißgas 13 vor dem Eintreten in die jeweilige Flammsperröffnung 19 brennt, also eine Flamme hat. Um aus dem Batteriezellraum 6 auszuströmen, strömt das Heißgas 13 in die jeweilige Flammsperröffnung 19 ein, die im Vergleich mit dem Batteriezellraum 6 ein kleines Durchströmungsvolumen aufweist. Unter dem Eintreten des Heißgases 13 in die jeweilige Flammsperröffnung 19 wird das Heißgas 13 aufgrund des kleineren Durchströmungsvolumens gemäß strömungsmechanischen Gesetzmäßigkeiten auf die bestimmte Strömungsgeschwindigkeit beschleunigt. Dadurch kann sich die eventuell vorhandene Flamme nicht weiter in Ausströmrichtung 15, das heißt nicht in die jeweilige Flammsperröffnung 19 und nicht durch die jeweilige Flammsperröffnung 19 hindurch fortpflanzen, sodass aus der Flammsperrscheibe 17 bzw. aus der Flammsperröffnungsanordnung 20 flammenloses Heißgas 13 ausströmt.To block or lock the flame of the
Ferner weist die Gaskühleinrichtung 4 vorliegend eine Gaskühlscheibenanordnung 21 auf, die zumindest eine Gaskühlscheibe - hier drei Gaskühlscheiben 22, 23, 24 - aufweist. Dabei ist die Gaskühlscheibenanordnung 21 der Flammsperrscheibe 17 strömungstechnisch nachgeschaltet, sodass das aus der Flammsperröffnungsanordnung 20 bzw. aus der Flammsperrscheibe 17 ausströmende Heißgas 13 zwangsläufig durch die Gaskühlscheibenanordnung 21 hindurchströmt. Das bedeutet, dass die jeweilige Gaskühlscheibe 22, 23, 24 eine jeweilige Gaskühlöffnungsanordnung 25 aufweist, die eine Vielzahl von Gaskühlöffnungen 26 aufweist, wobei die jeweilige Gaskühlöffnung 26 gerade und parallel mit der Ausströmrichtung 15 verläuft. Die Gaskühlscheiben 22, 23, 24 sind in dem Kanal 12 hintereinander entlang der Ausströmrichtung 15 der Flammsperrscheibe 17 nachgelagert. Die jeweilige Flammsperröffnung 19 und/oder Gaskühlöffnung 26 der entsprechenden Öffnungsanordnungen 20, 25 ist vorliegend mittels Wasserstrahlschneidens gebildet.Furthermore, the
Die Querschnittsfläche a1 (siehe
Indem das Heißgas 13 durch die erste Gaskühlscheibe 22 strömt, wird es von der ersten Heißgastemperatur T1 auf eine zweite Heißgastemperatur T2 abgekühlt. Unter einem darauffolgenden Strömen des Heißgases 13 durch die zweite Gaskühlscheibe 23, wird es weiter abgekühlt, und zwar auf eine dritte Heißgastemperatur T3. Unter einem anschließenden Strömen des Heißgases 13 durch die dritte Gaskühlscheibe 24, wird es auf eine vierte Heißgastemperatur T4 abgekühlt. Im vorliegenden Beispiel ist durch die dritte Gaskühlscheibe 24 in Ausströmrichtung 15 eine letzte Gaskühlscheibe 24 und damit ein Ausströmelement der Gaskühleinrichtung 4 gebildet.As the
Es ist denkbar, dass bereits die erste Heißgastemperatur T1 kleiner als die Heißgasselbstentzündungstemperatur ist. Dann wird das Heißgas 13 unter dem Durchströmen der Gaskühlscheiben 22, 23, 24 zusätzlich gekühlt, sodass das Heißgas 13 bei Austritt aus der Gaskühleinrichtung 4 in vorteilhafter Weise eine Temperatur innehat, die besonders weit von der Heißgasselbstentzündungstemperatur entfernt ist. Jedenfalls weist das Heißgas 13 spätestens beim Austreten aus der Gaskühleinrichtung 4, das heißt beim Eintreten in die Umgebung 16, eine Temperatur auf, die der Heißgasgrenztemperatur Tu entspricht oder darunterliegt. Die Heißgasgrenztemperatur Tu wird stets so vorgegeben, dass das Heißgas 13 beim Austreten aus der Gaskühleinrichtung 4 sich beim Vermischen mit der Luft in der Umgebung 16 nicht selbst entzündet.It is conceivable that the first hot gas temperature T 1 is already smaller than the hot gas auto-ignition temperature. Then the
Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei einem Material der Flammsperrscheibe 17, das heißt des Flammsperrscheibenmaterialkörpers 18, um Kupfer oder um eine größtenteils kupferhaltige Legierung. Hierdurch bleibt die Flammsperrscheibe 17 zumindest bis einschließlich einer Temperatur formstabil, die das aus der Batteriezelle 7 bei dem thermischen Sonderereignis 14 ausströmende Heißgas 13 innehat. So wird die Flammsperröffnungsanordnung 20 bei dem thermischen Sonderereignis 14 nicht verformt und stellt auch unter starkem thermischem Einfluss weiterhin die Flammsperrwirkung bereit.In the present example, a material of the
Die Gaskühlscheibenanordnung 21 kann aus demselben Material gebildet sein, wie die Flammsperrscheibe 17 bzw. der Flammsperrscheibenmaterialkörper 18. Vorliegend ist die Gaskühlscheibenanordnung 21 aus einem anderen Material als die der Flammsperrscheibenmaterialkörper 18 gebildet, nämlich - aber lediglich als eines von vielen denkbaren Beispielen genannt - aus Aluminium. Generell weisen die Gaskühlscheiben 22, 23, 24 einen jeweiligen Gaskühlscheibenmaterialmaterialkörper 27, 28, 29 auf, die jeweils aus Aluminium gebildet sind oder Aluminium zumindest aufweisen. Es kann alternativ vorgesehen sein, dass die Gaskühlscheiben 22, 23, 24 bzw. Gaskühlscheibenmaterialmaterialkörper 27, 28, 29 einzeln oder gruppenweise ein anderes oder weiteres Material aufweisen. Jedenfalls ist das Material des Gaskühlscheibenmaterialmaterialkörpers 27 der ersten Gaskühlscheibe 22 so ausgebildet, dass es zumindest bis einschließlich einer Temperatur, die das aus der Flammsperrscheibe 17 ausströmende Heißgas 13 innehat, formstabil bleibt.The gas
Aus
In alternativer Ausgestaltung ist die Kühlflüssigkeitskammer 30 im fertig hergestellten Zustand abgesehen von der Einlassvorrichtung 31 allseits fluiddicht ausgebildet und mit der Kühlflüssigkeit befüllt. Es ist zum Beispiel denkbar, dass ein Deckel 35 die Kühlflüssigkeitskammer 30 kraft-, form- und/oder stoffschlüssig fluidisch dicht verschließt, nachdem die Kühlflüssigkeitskammer 30 mit der Kühlflüssigkeit befüllt wurde. Der Deckel 35 kann aber auch vor dem Befüllen mit der Kühlflüssigkeit angebracht werden und ein Einfüllelement 36 aufweisen, etwa eine Einfüllöffnung, einen Einfüllstutzen etc., um die Kühlflüssigkeit in die Kühlflüssigkeitskammer 30 einfüllen zu können. Jedenfalls (egal, ob die Kühlflüssigkeitskammer 30 an den Kühlflüssigkeitskreislauf 33 angeschlossen ist oder nicht) weist der Deckel 35 vorliegend eine Doppelfunktionalität auf, indem er zum einen die Kühlflüssigkeitskammer 30 entlang der Ausströmrichtung 15 fluidisch dicht verschließt und zum anderen als ein Spannelement 37 fungiert, mittels dessen das Kanalelement 9 an ein Gehäusewandelement 38 des Sicherheitsgehäuseelements 1 bzw. des Batteriegehäuses 5 gespannt ist.In an alternative embodiment, the
In
Unter Bezugnahme auf
Die Einlassvorrichtung 31, das heißt das jeweilige Einlasselement 42, ist aufgrund eines Auftretens des thermischen Sonderereignisses 14 aus einer Sperrstellung, die die Einlassvorrichtung 31 bzw. das jeweilige Einlasselement 42 im Normalbetrieb der Batterie 2 innehat, in eine Einlassstellung verstellbar. Der Normalbetrieb ist dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie 2 innerhalb normaler Betriebsparameter betrieben wird, wobei das thermische Sonderereignis 14 nicht aufgetreten ist. Dabei weist dann die Kühlflüssigkeit Temperaturen auf, die während des Normalbetriebs zu erwarten sind. Mit anderen Worten hat die Kühlflüssigkeit im Normalbetrieb der Batterie 2 Temperaturen, die in einen Normaltemperaturbereich fallen. In der Sperrstellung sind die Kühlflüssigkeitskammer 30 und der Kanal 12 mittels des jeweiligen Einlasselements 42 fluidisch voneinander abgedichtet, sodass ein Strömen der Kühlflüssigkeit aus der Kühlflüssigkeitskammer 30 heraus und in den Kanal hinein gesperrt ist. In der Einlassstellung sind die Kühlflüssigkeitskammer 30 und der Kanal 12 mittels des jeweiligen Einlasselements 42 fluidisch miteinander verbunden, sodass ein Strömen der Kühlflüssigkeit aus der Kühlflüssigkeitskammer 30 heraus und in den Kanal hinein freigegeben ist.The
Beispielsweise weist die Einlassvorrichtung 31 hierzu eine Anzahl von Dichtungselementen 44 auf, und zwar so viele Dichtungselemente 44, wie Durchgangsöffnungen 43 ausgebildet sind. Dabei korrespondiert das jeweilige Dichtungselement 44 mit einer jeweils zugehörigen der Durchgangsöffnungen 43 in Größe und Geometrie. Das Dichtungselement 44 ist in der Sperrstellung der Einlassvorrichtung 31 - das heißt im Normalbetrieb der Batterie 2 ohne thermisches Sonderereignis 14 - in oder an die zugehörige Durchgangsöffnung 43 gesetzt, wodurch die Durchgangsöffnung 43 mittels des Dichtungselements 44 gegen ein Durchströmen mit der Kühlflüssigkeit fluidisch gesperrt ist. Die Einlassvorrichtung 31 ist nun aufgrund des thermischen Sonderereignisses 14 aus der Sperrstellung in die Einlassstellung verstellbar, indem das Heißgas 13 die in der Kühlflüssigkeitskammer 30 angeordnete Kühlflüssigkeit erhitzt, wodurch ein Druck in der Kühlflüssigkeitskammer 30 erhöht wird. Erreicht der Druck in der Kühlflüssigkeitskammer 30 einen Druckgrenzwert und/oder wird der Druckgrenzwert in der Kühlflüssigkeitskammer 30 überschritten, werden die Dichtungselemente 44, gegebenenfalls durch die Durchgangsöffnungen 43 hindurch, in den Kanal 12, insbesondere in die entsprechende der Gaskühlkammern 39, 40, 41, getrieben und die Kühlflüssigkeit strömt in den Kanal 12, insbesondere in die entsprechende der Gaskühlkammern 39, 40, 41, ein. Dort vermischt sich die Kühlflüssigkeit mit dem Heißgas 13 und kühlt es.For example, the
Ein Dichtungselementmaterialkörper 45 des jeweiligen Dichtungselements 44 weist hierzu beispielsweise ein Material auf, das seine Formstabilität bei einer Materialtemperatur verliert, die oberhalb des Normaltemperaturbereichs der Kühlflüssigkeit liegt. So kann beispielsweise ein im Normalbetrieb der Batterie 2 vorherrschender Formschluss zwischen der Durchgangsöffnung 43 und dem zugehörigen Dichtungselement 44 aufgelöst werden, wenn das Dichtungselement 44 aufgrund des thermischen Sonderereignisses 14 erwärmt wird und infolgedessen maßgeblich zu fließen beginnt. Es kommt als Material für den Dichtungselementmaterialkörper 45 zum Beispiel ein Material in Frage, das Wachseigenschaften aufweist. Ferner ist eine Legierung denkbar, die einen Schmelzpunkt aufweist, der oberhalb des Normaltemperaturbereichs der Kühlflüssigkeit liegt.For this purpose, a sealing
In
Insgesamt ist durch das Sicherheitsgehäuseelement 1, durch die Batterie 2 und durch das Kraftfahrzeug 3 eine jeweilige Möglichkeit aufgezeigt, wie eine Sicherheit der Batterie 2 gesteigert werden kann. Dabei ist besonders Augenmerk auf einen Insassenschutz des Kraftfahrzeugs 3 gelegt worden, falls es bei der Batterie 2 zu dem thermischen Sonderereignis 14 kommt.Overall, the safety housing element 1, the
Sobald eine Batteriezelle 7, beispielsweise eine Lithiumzelle, innerhalb der Batterie defekt wird und überhitzt, sodass eine Entlüftungsöffnung der Batteriezelle 7 reißt, wird das etwa 850°C heiße Heißgas 13 mit hoher Geschwindigkeit herausgeschleudert und entzündet sich, sobald es Luft (Sauerstoff) erreicht, in einer heftigen Flamme. Durch die Mittel der Erfindung wird das Heißgas 13 abgekühlt und ein Brand verhindert, indem ein Bereich geschaffen wird, aus dem die Flamme bzw. das brennende Heißgas 13 nicht austreten kann. Bei diesem Bereich handelt es sich um den Batteriezellraum 6.As soon as a battery cell 7, for example a lithium cell, within the battery becomes defective and overheats, so that a ventilation opening in the battery cell 7 tears, the approximately 850 ° C
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- SicherheitsgehäuseelementSecurity enclosure element
- 22
- Batteriebattery
- 33
- Kraftfahrzeugmotor vehicle
- 44
- GaskühleinrichtungGas cooling device
- 55
- BatteriegehäuseBattery case
- 66
- BatteriezellraumBattery cell room
- 77
- BatteriezelleBattery cell
- 88th
- Öffnungopening
- 99
- KanalelementChannel element
- 1010
- InnenmantelwandInner jacket wall
- 1111
- AußenmantelwandOuter jacket wall
- 1212
- Kanalchannel
- 1313
- HeißgasHot gas
- 1414
- thermisches Sonderereignisthermal special event
- 1515
- AusströmrichtungOutflow direction
- 1616
- UmgebungVicinity
- 1717
- FlammsperrscheibeFlame barrier washer
- 1818
- FlammsperrscheibenmaterialkörperFlame barrier disc material body
- 1919
- FlammsperröffnungFlame arrestor opening
- 2020
- FlammsperröffnungsanordnungFlame arrestor opening arrangement
- 2121
- GaskühlscheibenanordnungGas cooling disk arrangement
- 2222
- GaskühlscheibeGas cooling disc
- 2323
- GaskühlscheibeGas cooling disc
- 2424
- GaskühlscheibeGas cooling disc
- 2525
- GaskühlöffnungsanordnungGas cooling vent arrangement
- 2626
- GaskühlöffnungGas cooling opening
- 2727
- GaskühlscheibenmaterialkörperGas cooling disk material body
- 2828
- GaskühlscheibenmaterialkörperGas cooling disk material body
- 2929
- GaskühlscheibenmaterialkörperGas cooling disk material body
- 3030
- KühlflüssigkeitskammerCoolant chamber
- 3131
- EinlassvorrichtungInlet device
- 3232
- KopplungseinrichtungCoupling device
- 3333
- externer Kühlflüssigkeitskreislaufexternal coolant circuit
- 3434
- RückschlagventilelementCheck valve element
- 3535
- DeckelLid
- 3636
- EinfüllelementFilling element
- 3737
- SpannelementClamping element
- 3838
- GehäusewandelementHousing wall element
- 3939
- GaskühlkammerGas cooling chamber
- 4040
- GaskühlkammerGas cooling chamber
- 4141
- GaskühlkammerGas cooling chamber
- 4242
- EinlasselementInlet element
- 4343
- DurchgangsöffnungPassage opening
- 4444
- DichtungselementSealing element
- 4545
- DichtungselementmaterialkörperSealing element material body
- 4646
- Sockelbase
- 4747
- ZugspanneinrichtungTension device
- 4848
- Traktionsmotortraction motor
- 4949
- WärmetauschereinheitHeat exchanger unit
- 5050
- Innenraumklimatisierungseinrichtung Interior air conditioning device
- a1a1
- QuerschnittsflächeCross sectional area
- a2a2
- InnenmantelflächeInner lateral surface
- TxTx
- HeißgasausgangstemperaturHot gas outlet temperature
- TuDo
- HeißgasgrenztemperaturHot gas limit temperature
- T1T1
- HeißgastemperaturHot gas temperature
- T2T2
- HeißgastemperaturHot gas temperature
- T3T3
- HeißgastemperaturHot gas temperature
- T4T4
- HeißgastemperaturHot gas temperature
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102019219792 A1 [0003]DE 102019219792 A1 [0003]
- DE 102020101679 A1 [0004]DE 102020101679 A1 [0004]
- DE 102020120041 A1 [0005]DE 102020120041 A1 [0005]
Claims (10)
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---|---|---|---|
DE102022105539.6A DE102022105539A1 (en) | 2022-03-09 | 2022-03-09 | Safety housing element for a battery intended for a motor vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
DE102022105539.6A DE102022105539A1 (en) | 2022-03-09 | 2022-03-09 | Safety housing element for a battery intended for a motor vehicle |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102022105539A1 true DE102022105539A1 (en) | 2023-09-14 |
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ID=87759738
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
DE102022105539.6A Pending DE102022105539A1 (en) | 2022-03-09 | 2022-03-09 | Safety housing element for a battery intended for a motor vehicle |
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---|---|
DE (1) | DE102022105539A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102022110532A1 (en) | 2022-04-29 | 2023-11-02 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Vehicle with a high-voltage battery, high-voltage battery and safety housing element for installation in the housing of a high-voltage battery |
Citations (3)
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DE102019219792A1 (en) | 2019-12-17 | 2021-06-17 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Battery housing for a high-voltage battery in an electrically powered vehicle |
DE102020101679A1 (en) | 2020-01-24 | 2021-07-29 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Battery housing for a traction battery with a discharge device, traction battery and motor vehicle |
DE102020120041A1 (en) | 2020-07-29 | 2022-02-03 | Audi Aktiengesellschaft | Battery system and motor vehicle with a battery system |
-
2022
- 2022-03-09 DE DE102022105539.6A patent/DE102022105539A1/en active Pending
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